纺丝计量泵传动控制系统的技术改造

徐连强，颜红卫

(1.无锡工艺职业技术学院，江苏无锡214206;2.江苏华亚化纤有限公司，江苏宜兴214253)

目前，在化纤行业生产能力过剩的形势下，节能降耗是控制成本的关键。利用设备自身的运行特点，在不改变工艺特性的基础上，对电控系统作部分改进，采用通用继电器时序控制改造，提出了对纺丝计量泵实施二速拖动的改造方案。该方案主要针对高速纺等类似的纺丝设备电控系统的改造，降低了消耗，维修快速，提高了生产效率，可快速更换生产品种，实现柔性生产。

1 改造前纺丝计量泵控制系统

计量泵变频器的停止和启动是通过现场操作按钮的开关信号送到PLC输入单元，经过CPU处理后，由输出单元将启停信号送到变频器控制端子，实现计量泵启停控制［1］。从图1可见，在改造前的纺丝计量泵传动控制继电器控制回路中，一只额定电流为3A的断路器(DZ63-3A)为电路提供保护，后端为按钮操作面板，通过SB1，SB2按钮开启与闭合，实现继电器对电机的通断电来驱动计量泵。

图1 改造前计量泵的继电器控制回路Fig.1 Relay control diagram for metering pump before innovation

从图2可看出，由一台30 kW的变频器拖动6个纺位，每个纺位配置2台电机(0.75 W/220 V)，12台电机驱动12个计量泵工作，电机通过继电器进行启动与停止。缺点是如果有任何一台电机短路、接壳，变频器就自动断电，由其控制的6个纺位12台电机也全部断电停止工作。

图2 改造前计量泵驱动控制主电路Fig.2 Main circuit of metering pump drive control before innovation

原设备主要采用大功率变频器，由富士FRN30GS(30 kW)变频器拖动0.75 kW的同步电机，带动1/59摆针转减速机来增大力矩，降低计量泵转速，实现计量泵稳压、恒量地推出熔体。

主电路由1台30 kW变频器来拖动纺丝计量泵6个纺位、12台电机，因为变频器输出频率只有1个，而单个纺位的启停是通过变频器输出端所连接的12只接触器的开合来实现的，电机运行频率一致，因此，6个纺位必须生产同一品种，不能更换品种柔性生产。

在生产过程中，变频器始终处于开启状态，通过接触器来控制单个纺位电机的开启与停止。在实际运行中，一旦变频出现故障，即造成6个纺位的12台电机全部停止工作。控制电路由单一220 V电源提供。该驱动控制电路有许多需要改进的方面，如控制电源单一，配用额定电流为3 A的断路器，只要某一接触器线圈短路，很容易导致断路器断开，6个纺位接触器线圈全部失电，接触器主触点断开，变频器与电机全部停止工作。为防止电机过载，每只电机接入了热保护，防止变频器因负载过大而断电停止工作，而且电机热保护采用跳线连接，一旦某一热继电器故障更换时，会引起其他5个纺位的电机自动断电。因此，由1台变频器控制多位电机，设备运行效率低。

2 纺丝计量泵控制系统的改造方案

目前，小功率化纤生产线能耗高，其主要生产工艺通过各种泵、搅拌机、空气压缩机来完成。这些计量泵、水泵和空气压缩机大都处于电动机驱动恒速运转状态，还有在运行系统设计时，系统匹配不合理，造成资源浪费。若将占绝对多数的非调速型电机改成调速运行，使用变频调速方式，使其耗电量实现随负荷大小的变化而变化［2］，则可节约大量能源，将产生显著的节能效果。若将纺丝计量泵变频集中控制更改为单个位控制，可降低废丝率［3］。要实现单个纺位独立地生产需要的品种，每个纺位可以独立进行变频控制设计，以减少设备的维修，以及联动所带来的故障。

改造方案是在220 V控制电源总线上改用分断电流较大的断路器，通过1台变频器实现对每个纺位2台电机的驱动，继电器控制回路也作相应的改进，避免其中2只接触器线圈短路，导致其他纺位断电。在控制总线上把3 A断路器改为10 A，如DZ63-10A，并把每个位的控制线分开，在SB1前加1 A保险丝，这样，若其中1个纺位线圈短路，只有该位1 A保险丝熔断而不影响其他纺位正常运行，加SBT按钮至卷绕，进行上下联动开关计量泵，见图3;改用3.7 kW的变频器，仅拖动1个纺位2个电机(0.75 W/220 V)，杜绝与其他位连接，可避免相互影响，见图4。

图3 改造后计量泵的继电器控制回路Fig.3 Relay control loop of metering pump after innovation

图4 改造后计量泵的变频控制电路Fig.4 Variable-frequency control circuit of metering pump after innovation

改造后 AWH6为卷绕头主板，集中 CPU，PLC，I/O的功能，其中AN为预网络电磁阀，LIN为主网络电磁阀，ZJ1，ZJ2分别为改造加接继电器，驱动变频高速运行，板变频控制端选用11/COM1端，进行二速控制。人工生头时，首先起动热辊，通过AWH6的I/O输出一个信号给AN，生头完成，卷绕头手动给出一个升速信号，卷绕头与热轧辊同时升速，当热辊达到高速，I/O又给出一个信号给LIN，ZJ2吸合，ZJ1触点对ZJ1线圈自锁，变频器高速起动。卷绕头通过1 min的废丝缠绕进行切换，进入正常工艺运行，因此变频器的升速时间与之相对。满卷切换时，I/O对LIN信号有一个中断，因ZJ1的自锁，变频器持续高速运行。只有关闭热辊以后，I/O对AN，LIN无信号输出，则变频器转为低速频率运行。通过变频控制电路改进，使纺丝、卷绕联动操作，实现双向切换运行。

3 结论

a.拆除原设备大功率变频器，改用3.7 kW小功率变频，每个纺位由1台变频拖动，做到电机随时启停，频率立时调整，在调换品种生产时，在不更换组件的情况下调整工艺频率后作切换，避免生头产生废丝，降低消耗。

b.利用变频的多速运行特性和时间设置的可调性，正常生产的高速运行中，只要卷绕部分停机，变频自动恢复到低速运行状况。在低速运行段，完成纺丝铲板，卷绕生头，一旦生头成功，变频在开启主网络时，同时切换到工艺生产要求的高速运行。

c.通过改造，实现了节能降耗，降低生产成本，同时也实现了生产工艺的调整及品种结构的搭配，单位检修更方便快捷。

［1］ 宦庆平.仿丝计量泵电机高低速改造［J］.合成技术及应用，2009，24(3):54 －55

［2］ 史振起，耿玉琴，王峰，等.变频调速技术在纺纱设备中的应用［J］.河北纺织，2010(2):43 －45.

［3］ 董红妹，金恩琪，高梦婷，等.涤纶纺丝变频器的改造及效果分析［J］.轻纺工业与技术，2013(6):22－24.